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卓筒井的世界意义-《四川文化简史》阐述全球影响

时间:2023-09-24 理论教育 版权反馈
【摘要】:卓筒井是古代四川人民勤劳、智慧的象征,造福了四川的千秋万代。卓筒井开创了人类机械钻井的先河,是世界钻井史上的里程碑。卓筒井所使用的“圜刃”堪称顿钻工艺的开山祖。卓筒井的构成即大眼小眼。卓筒井充分利用了四川境内特有的楠竹。中国卓筒井的钻井技术是世界钻探深井的始祖和活化石,是世界上唯一现存的历史文化遗产。

卓筒井的世界意义-《四川文化简史》阐述全球影响

李冰创造的大口浅井采卤技术一直持续了1200多年。到了北宋时期仁宗庆历、皇祐年间(1041—1054年),四川南部的井研等县在开凿盐井时,发明了卓筒井采卤技术,大口浅井的盐井逐渐被小口深井所替代。这项技术后来逐步向川北涪江沿岸的蓬溪(1997年划出老三区11个乡镇成立大英县)、射洪等县扩展。北宋文学家苏轼在《东坡志林》卷四《井河》中记载:

《蜀省井盐》之《下木竹》图(部分·选自清光绪《四川盐法志》摹《天工开物》图)

自庆历、皇祐以来,蜀始创筒井,用圜刃凿如碗大,深者数十丈,以巨竹去节,牝牡相衔为井,以隔横入淡水,则咸泉自上。又以竹之差小者,出入井中为桶,无底而窍其上,悬熟牛皮数寸,出入水中,气自呼吸而启闭之,一筒致水数斗。凡筒井皆用机械,利之所在,人无不知。《后汉书》有“水鞴”,此法唯蜀中铁冶用之,大略似盐井取水筒,太子贤不识,妄以意解,非也。

卓筒井是古代四川人民勤劳、智慧的象征,造福了四川的千秋万代。

卓筒井的原理现在看来很简单,是利用古人舂米时的杠杆原理,通过人的足踏来带动一个钻头上下运动,从而达到打井的目的。

卓筒井主要靠三项技术:圆刃锉、表层套管、扇泥筒。有了这三个技术,盐井才能越打越深。卓筒井开创了人类机械钻井的先河,是世界钻井史上的里程碑。

要开凿一口生产盐井,必须完成三件事:破碎岩石;取出井内岩屑;固井。苏轼提到了这三方面的内容。文中所说提到的“圜刃”,即钻凿卓筒井的切削工具——钻头,旧称锉或钎。这是我国古文献中最早记载的专业性钻井工具。文中称“用圜刃凿如碗大”;“碗大”,是用以比喻钻头大小,又示意其形状为一种圆形带刃的钻头。按钻井工艺,主要分为顿钻与近世之旋钻两大类型。卓筒井所使用的“圜刃”堪称顿钻工艺的开山祖。所谓顿钻,即依靠井上所给的动力(人力或畜力)牵引传动装置井车、绞索等,带动钻杆钻头一起一落,顿而复始,使钻头在井底产生冲击运动,以冲击破碎井下岩石。[2]

顿钻凿井技术的发明,是我国古代盐井发展史在技术工艺上的重大突破,它使人类找到了开发富存于地下矿产资源的方法,对后世石油和天然气的开发具有重要的启发意义。

卓筒井一般深约130米,占地约2平方丈。井盐钻凿处的选择是有经验的老盐工根据山势来决定的。钻井分成两个阶段:一是打大眼;二是打小眼。卓筒井的构成即大眼小眼。上层是大眼,口径15~20厘米,深约50米。大眼的作用是下放相衔接的楠竹筒(即套管)。楠竹筒的作用是隔绝洞壁上渗透出来的淡水,不许淡水进入井里。竹筒能否隔绝淡水,又是井钻是否成功的关键。隔绝了淡水就打(钻)小眼,将大杆(钻杆)顶端的大令牌头换成小令牌头,继续往下钻,直钻至100米深左右,大约就能每天生产浓度为7~10度的500~3000斤卤水的盐井了。

卓筒井充分利用了四川境内特有的楠竹。四川由于其独特的地理环境,气候温和,雨量充沛,空气湿润,极宜于竹子生长;而竹子尤其是楠竹的质密坚挺,具有较高的抗拉抗压强度,耐腐蚀力强,长期埋入地下不易变质,其形体又呈直立中空,圆径状等,使其兼有制作套管的天然优势。卓筒井工人将其竹节淘空,形成“筒”,筒筒相连,既起到固定井壁的作用,又方便淘取钻下的泥石。

扇泥筒安装有单向阀门,是世界上最早的单向阀门,这是卓筒井在工艺技术上又一个重要发明。

苏轼所说的“水鞴”,即《后汉书·杜诗传》所指的由杜诗创制的冶炼“水排”。这是利用水力激发皮囊来鼓风的机械,用于冶铁,即所谓水力鼓风炉。其原理即利用水排,通过皮囊的不断张缩挤压空气,以达到鼓风的功能。古代四川盐、铁俱产,盐铁矿冶方面在工艺技术上的经验交流或相互借鉴,是很自然的事情。[3]

自贡盐井凿井汲卤作业(孙明经摄于1938年4月)(www.xing528.com)

随着深井工艺的不断革新,明清时期,四川地区的深井钻进自百数十丈发展到三四百丈。到了清代中期,已破了千米,相继出现相当数量的深井采卤采气井,有力地促进了人类对地下矿藏资源的开发,为人类社会的能源革命铺平了道路。

卓筒井的出现,不但为盐卤、天然气、石油和其他采矿业的发展开辟了广阔的前景,而且从现代深井钻凿工艺的角度来考察,卓筒井实际上已开创了现代钻井(盐井、油井、气井)技术的雏形。

中国卓筒井的钻井技术是世界钻探深井的始祖和活化石,是世界上唯一现存的历史文化遗产。这项技术比西方早800多年,与火药、造纸、印刷术、指南针一样对人类做出了不可估量的贡献。因此,被《中国钻探技术史》《中国科学技术史》《中国井盐科技史》三书誉为“世界近代石油钻探之父”,“开了机械钻井的先河”,“中国第五大发明”。[4]

随着盐井钻凿的不断加深,继天然气发现之后,又进一步促进了对同样与盐卤伴生的石油资源的开采。中国对石油的记载,最早出现在北宋科学家沈括所著的《梦溪笔谈》卷二十四:“鄜延(今陕西延安)境内有石油。”从而最早提出“石油”这一称谓。

关于石油的用途,古人因其“燃之极明”而认识到其具有可燃性外,还以“膏车甚佳”,将其用作车轴的润滑剂,并提制炭黑和制造发烟火药等。明代医学家李时珍称石油“以为石脑油”,曾对石油的药用效能进行过研究。他在《本草纲目·石部·石脑油》里记载了四川地区因开凿盐井而发现石油的情况:

国朝正德末年,嘉州开盐井,偶得油水,可以照夜,其光加倍;沃之以水,则焰弥甚,扑之以灰则灭;作雄硫气,土人呼之为雄黄油,亦曰硫黄油。近复开出数井,官司主之。此亦石油,但出于井尔。[5]

这是第一口盐卤伴生石油的竖井,凿井深穿含油地层,深度至少达数百米,开创了我国钻井取油的时代。这一成就,比北美和欧洲早300多年。

[1]任乃强:《华阳国志校补图注》,上海古籍出版社1987年版,第160页。

[2]鲁子健:《古井沧桑话川盐》,巴蜀书社2010年版,第31页。

[3]鲁子健:《古井沧桑话川盐》,巴蜀书社2010年版,第33页。

[4]鲁子健:《古井沧桑话川盐》,巴蜀书社2010年版,第25页。

[5](明)李时珍:《本草纲目》之《石部》第九卷《石脑油》,辽宁民族出版社1999年版,上册第349页。

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